Ionospheric Climate: development of the Global Reference Ionosphere

Opis projektu

Budowa nowoczesnej globalnej klimatologii jonosferycznej

Jonosfera, warstwa plazmy w górnej atmosferze Ziemi, ma kluczowe znaczenie dla wielu technologii komunikacyjnych, teledetekcji i nawigacji. Tradycyjnie była ona modelowana przez projekt International Reference Ipnosphere, który został uznany przez Międzynarodową Organizację Normalizacyjną (ISO). Niestety, wiele elementów tego modelu nie było aktualizowanych od lat 50. ubiegłego wieku, ponadto nie uwzględnia wpływu zmiany klimatu. Zespół finansowanego ze środków Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych projektu I-C-GloRI IRI opracuje nowy model przy użyciu nowatorskich technik dopasowania nieliniowego, pierwotnie zaprojektowanych w celu dopasowania modeli uczenia maszynowego. Celem jest uwzględnienie milionów nowych obserwacji, przy jednoczesnym uwzględnieniu parametryzacji wpływu zmiany klimatu. Korzystając z tego nowego modelu, zespół oceni wpływ zmian klimatycznych w jonosferze na systemy komunikacji radiowej i nawigacji.

Cel

The ionosphere, a layer of plasma in the Earth’s upper atmosphere, has traditionally been modelled by the International Standards Organization (ISO)-recognized International Reference Ionosphere (IRI); however, this model is made up of several sub-models, many of which have not been updated since the 50s and 70s. Since the creation of those models, our understanding of the ionosphere has evolved considerably, more diverse observations have become available, and many of the drivers, upon which these models rely, are no longer available, forcing the use of stopgap drivers whose temporary application has become more than just temporary. Here we propose to redevelop the IRI using novel empirical methods that can make use of nonlinear and indirect measurements that could not be incorporated in the IRI’s present form. We will, furthermore, include a parameterization of the climate change impacts on the ionosphere, which are now expected to have considerable impacts on the future structure of the ionosphere, and will avoid the explicit dependence of the model on driving indices that are no longer being updated. Using this model, we will here also assess the impacts of lower atmospheric forcing and climate change on the ionosphere on a global scale and characterize the implications of these results for radio and navigation systems that propagate signals through the ionospheric medium.

As a member of the IRI Working Group, the PI is well positioned to ensure that the model developed here will have a clear pathway to impact. To further ensure take-up of the model, an advisory committee, made up of leading members of the IRI Working Group, ionospheric lower atmospheric coupling, and ionospheric instrument experts, has been assembled and has agreed to support the project. Furthermore, the developed model will be made Open Source and accessible in multiple coding languages.